Ритмы Вселенной

Экскурсия на солнечную обсерваторию в Листвянке

Грандиозная буква «Л», доминирующая над поселком Листвянка, вовсе не потерянная буква топонимической надписи в голливудском стиле, как уверены отдельные туристы. Так выглядит Большой солнечный вакуумный телескоп (БСВТ) – основной инструмент Байкальской астрофизической обсерватории, входящей в состав крупнейшего в России центра по изучению Солнца. Наш корреспондент навестил одну из главных достопримечательностей Прибайкалья и без прищура взглянул на Солнце.

Оружие «звездного десанта»

Байкальская астрофизическая обсерватория принадлежит иркутскому Институту солнечно-земной физики СО РАН. Здесь, на территории в 50 гектаров, помимо БСВТ, разместилась настоящая батарея научных приборов: два телескопа полного диска Солнца, хромосферный телескоп, фотогелиограф и магнитограф. С помощью этих научных инструментов ученые проводят исследования солнечной активности, солнечных магнитных полей и разрабатывают новые методы прогнозирования погоды на Солнце. Более 60 процентов всех солнечных физиков страны работают именно в Иркутске.

Нашим проводником в искусство изучения Солнца выступил директор некоммерческой организации популяризации астрономии «Звездный десант» Михаил Меркулов.

Как поясняет ученый, появлению обсерватории в Листвянке способствовал уникальный микроклимат.

– Проходя сквозь атмосферу, свет преломляется на границах холодного и теплого воздуха, и это искажает картинку. Сходный эффект легко наблюдать, взглянув на марево над нагретым асфальтом. Соответственно, перед учеными стояла задача найти место, где влияние атмосферы было бы минимальным. Такие места обычно связаны с водными поверхностями. У Байкала два важных преимущества: слабые восходящие потоки воздуха за счет холодной поверхности озера и присутствие локального антициклона. Согласитесь, глупо делать солнечную обсерваторию там, где мало Солнца. В Листвянке за год 220 солнечных дней, а, например, в Пулковской обсерватории не более пятидесяти.

В лохмотьях радуги

Солнечная обсерватория состоит из трех площадок. Наша цель – верхняя, где расположен главный инструмент наблюдений, самый большой в мире линзовый солнечный вакуумный телескоп. Звание «самого большого» закрепилось за ним навсегда. С конца XX века линзовые телескопы попросту перестали производить, поскольку дошли до технологического предела. Инженерам не удается сделать линзу диаметром больше метра.

Видную издали букву «Л» образует наклонная часть опоры, в которой и находится телескоп длиной 40 метров. Представьте себе фотоаппарат с объективом 40 метров! Угол телескопа точно соответствует нашей широте. Получается, что прибор смотрит строго на полюс мира, который находится рядом с Полярной звездой, и небо крутится вокруг. Почему труба солнечного телескопа направлена на север? Таково простое инженерное решение: на вершине объекта находится метровое зеркало, которое отправляет солнечный зайчик на объектив. Вместо того чтобы вращать весь телескоп, поворачивается только зеркало.

– Внутри находится 50 кубометров воздуха, а он нагревается до серьезных температур. Линзы греют воздух внутри, это знает каждый, кто в детстве поджигал лупой костер. Как быть с нагревом воздуха? Ответ простой – к черту воздух! Воздух из трубы выкачивается. Свет бежит в безвоздушном пространстве и поступает в здание сквозь отверстие не шире ребра банковской карты, попадая на устройство, называемое дифракционной решеткой, и превращается в радугу. После этого радугу растягивают, заставляя свет бегать от зеркала к зеркалу. Если сильно «растягивать» радугу, она «порвется» на темные и светлые линии, и ученые исследуют поведение этих линий. Неинтересно смотреть на Солнце, ученым интересно изучать спектр, – объясняет Меркулов.

Ломоносов, Венера и дым Отечества

Первые астрономические наблюдения в Иркутске начались в 1761 году. Михаил Васильевич Ломоносов отправил в наши края научную экспедицию, перед которой стояла задача провести наблюдения за прохождением Венеры по диску Солнца. Наблюдения этого явления велись в разных точках света: например, именно они значились основной задачей первой кругосветной экспедиции Джеймса Кука. Итоги наблюдений позволили астрономам вычислить расстояние от Земли до Солнца, а сам Михаил Ломоносов открыл атмосферу Венеры.

С иркутской экспедицией связана замечательная история. К наблюдениям готовились со всей ответственностью. Накануне события архимандрит Иркутска во время службы просил хорошей погоды свыше. Полицмейстер ходил по дворам с распоряжением не топить печей, таким образом вынуждая иркутян поститься. Сама обсерватория находилась в одной из башен собора Богоявления, утверждая союз науки и религии. Несмотря на то что в этот день дул сильный ветер, который нес пыль и дым от бушующих вокруг Иркутска лесных пожаров, все важные данные удалось получить. Двести лет назад вокруг Иркутска пылал лес. Вот она – настоящая стабильность, неподвластная времени!

С XX веком в нашу жизнь активно вошла радиосвязь, которая самым тесным образом связана с ионосферой Земли. В 1960 году на базе первой в Сибири иркутской магнитно-метеорологической обсерватории открылся Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн – СибИЗМИР, позднее переименованный в Институт солнечно-земной физики (ИСЗФ). По словам Михаила Меркулова, переименование института отражает историю развития прикладной части науки.

– Как известно, радиоволна, используемая в радиосвязи, не может распространяться далеко за горизонт. Мы отправляем сигнал в ионосферу, он там отражается, мы его ловим и снова отправляем в ионосферу. Таким зигзагом приходит сигнал из Москвы в Иркутск. Конечно, чтобы сигнал приходил по адресу и связь работала, необходимо иметь представление о процессах в ионосфере. Для ее исследований и был создан институт. Однако, как выяснилось в ходе исследований, поведение ионосферы почти полностью определяется поведением Солнца. Чтобы понимать ионосферу, нужно понимать Солнце, – поясняет астроном.

Главное светило

Понимание Солнца – задача фундаментальная. Что нам известно о светиле? В ядре ближайшей к нам звезды идут термоядерные реакции. Для старта подобных процессов должна собраться огромная масса вещества. А вещества в Солнце много: если мы вообразим себя звездой, то остальная масса Солнечной системы – это наши волосы после стрижки. Масса создает гравитацию, а гравитация, стягивая вещество к центру Звезды, – давление. Чем больше давление, тем выше температура. Водород внутри Солнца превращается в гелий, и во время этой реакции создается гамма-излучение. Лучистая энергия сотни тысяч лет добирается до поверхности Солнца, затем вырывается в космос, спустя восемь с половиной минут мы отбрасываем тень.

Люди пристально наблюдают за Солнцем более четырехсот лет, начиная со времен Галилео Галилея. Что же там исследуют? Современных ученых интересует солнечная погода, которая, как и все, что происходит на главном светиле, определяется поведением магнитных полей. Солнечную активность измеряют количеством солнечных пятен. Много пятен – значит, активность высокая, мало – низкая. Периоды высокой активности каждые одиннадцать лет сменяются на периоды низкой активности. От «настроения» Солнца напрямую зависит качество жизни на Земле.

Пятна, протуберанцы и магнитные бури

Для начала определимся с загадочными словами, которыми оперируют физики. Поскольку солнечный шар – не твердая поверхность, а плазма, он вращается слоями: экватор вращается быстрее, чем полюс. Плазма – это заряженные частицы, то есть, по сути, электрический ток. Электрический ток создает магнитное поле, но, поскольку каждый слой вращается со своей скоростью, магнитные поля запутываются, наступает хаос. Еще бы, стоит представить, как на Земле северный и магнитный полюсы начинают меняться местами! Локальное магнитное поле прерывает подъем горячих масс плазмы из недр к поверхности Солнца, и участок поверхности Солнца начинает остывать. А значит, и темнеть. «Темные пятна» – это часть такой относительно холодной поверхности Солнца.

Магнитные поля также способны конденсировать вокруг себя плазму. Так возникают «солнечные облака» – протуберанцы. Иногда магнитные поля, устремляясь в космос, увлекают за собой часть солнечного вещества. Такой процесс ученые определяют как вспышки – это потоки плазмы, проходящие вдоль магнитного поля. Часть солнечного вещества падает обратно, остатки устремляются в космос. Попадая в Землю, они деформируют ее магнитное поле. Этот процесс называется магнитной бурей. Солнечное вещество врезается в магнитное поле планеты, поле стягивает вещество к полюсам, и мы наблюдаем северное сияние.

Гелиоугроза

Северное сияние – прекрасный и безобидный итог солнечной вспышки. Но в целом Солнце небезобидно. Колебания магнитного поля Земли – магнитные бури – способны привести к неполадкам на орбитальных спутниках: солнечный ветер порождает статическое электричество, от которого выгорают транзисторы и солнечные батареи. Активность радиационного излучения повышается вплоть до того, что с орбиты приходится эвакуировать космонавтов.

Под порывами солнечного ветра возникают возмущения в земной ионосфере. Это приводит к сбоям в работе радиосвязи, в том числе спутниковой. Низкоорбитальные спутники из-за того, что ионосфера «раздувается», начинают тормозить об ее поверхность и сходить с орбиты, «садятся на мель». Однажды с «мели» пришлось поднимать международную космическую станцию – за сутки она снизилась на семь километров. Возникают проблемы в работе GPS-навигации, от которой напрямую зависят самолеты, нефтяные танкеры или, например, автомобили Tesla. Кроме того, возрастает радиационная нагрузка на пассажиров самолетов на полярных рейсах. Сильные бури способны выводить из строя электрические подстанции и трансформаторы. В 1989 году шум в трансатлантическом кабеле привел к прекращению связи между Европой и Северной Америкой.

В 1859 году на Земле случилась крупнейшая за всю историю наблюдений геомагнитная буря, известная как «Событие Кэррингтона». Она вызвала отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Северные сияния тогда наблюдались по всему миру, даже над Карибскими островами. Телеграфные провода искрили, а телеграфные аппараты, будучи отключенными от розетки, продолжали работать и воспламенять бумагу внутри себя.

– Эффект получился столь сильным, потому что произошли две вспышки одна за одной. Первая пробила дорогу второй. Если событие подобного рода повторится в наши дни, то можно говорить о глобальном блэкауте на Земле. Поэтому вопрос прогнозирования солнечной погоды очень актуален. Некогда фундаментальная наука сейчас превратилась в прикладную задачу. Если биологически за миллионы лет эволюции мы к Солнцу адаптировались, то инфраструктурно совершенно не готовы, – отметил Михаил Меркулов.

Познакомиться поближе

Возможность осмотреть Байкальскую астрофизическую обсерваторию и заразиться энтузиазмом ученых – давно не привилегия СМИ. Организация «Солнечный ветер», созданная ИСЗФ и ИНЦ СО РАН, каждую субботу и воскресенье организует экскурсии для всех желающих. С площадки БСВТ открывается неповторимый вид на Байкал, а если повезет с погодой, то представится возможность познакомиться с Солнцем поближе.

Для любительских наблюдений здесь открыт телескоп старого образца. Белый раздвижной купол, словно из иллюстраций к книгам по астрономии. Внутри – два телескопа. Первый позволит детально рассмотреть хромосферу Солнца, а при особой удаче – протуберанцы и солнечные пятна. В прибор встроен водородный фильтр, сберегающий зрение. Второй телескоп предназначен для ночных наблюдений за планетами, звездами и Луной.

«Иркутск – город космический»

Для большинства из нас в этом слогане сквозит известная доля иронии. Но даже поверхностное знакомство с контекстом заставляет взглянуть на город иначе. «Космическим», как ни банально, Иркутск делают люди. Не только ученые и космонавты, но и яркие энтузиасты. Благодаря популяризаторам наука покинула гетто кабинетов и скучных конференций. Мы медленно открываем глаза и обнаруживаем себя на краю непостижимого. Здесь ярко, неповторимо и захватывает дух.

Подробную информацию об экскурсиях можно узнать на сайте https://www.nebo-irk.com/.

Вадим Мельников, «Байкальские вести»,
ИА «Альтаир».

Фото автора и из электронных СМИ.

На фото: Михаил Меркулов наблюдает
Солнце в хромосферный телескоп